Introduktion
Mange forbrugerprodukter er pakket i rør eller flasker, hvor produktpåføringen indebærer, at produktet pumpes gennem en dyse. Sådanne produkter har tendens til at være forskydningsfortyndende produkter, hvor viskositeten falder under ekstruderingsprocessen på grund af den stigende forskydningshastighed og derefter genoprettes ved udgangen af dysen, når forskydningshastigheden reduceres. Den forskydningshastighed, der opstår under denne proces, er relateret til åbningens radius, r, og den volumetriske strømningshastighed Q ved hjælp af følgende udtryk:
Parameteren n er power law-indekset, som er én for en newtonsk væske og mellem 0-1 for en Ikke-newtonskEn ikke-newtonsk væske er en væske, der har en viskositet, der varierer som en funktion af den påførte forskydningshastighed eller forskydningsspænding.ikke-newtonsk væske. Denne værdi kan nemt opnås fra en test med variabel forskydningshastighed ved at tilpasse en potenslovsmodel til de resulterende data.
Ved at måle den volumetriske strømningshastighed (volumen udleveret på en given tid) og den indre radius af åbningen er det muligt at estimere den forskydningshastighed, der opstår under ekstruderingsprocessen. Denne værdi kan derefter bruges i en shear rate loop-test, som øger shear rate fra en lav værdi (før ekstrudering) til den ønskede shear rate og tilbage igen. En sådan test gør det muligt at bestemme den mængde StressStress defineres som et kraftniveau, der påføres en prøve med et veldefineret tværsnit. (Spænding = kraft/areal). Prøver med et cirkulært eller rektangulært tværsnit kan komprimeres eller strækkes. Elastiske materialer som gummi kan strækkes op til 5 til 10 gange deres oprindelige længde.stress, der kræves for at ekstrudere, sprøjte eller hælde produktet, og omfanget af viskositetsgenopretning efter denne proces, som i sidste ende vil bestemme tykkelsen af det anvendte produkt. Dette kan kvantificeres ved at måle det indesluttede område mellem op- og nedkurverne.
Eksperimentel
- Ekstruderingsegenskaberne for tandpasta og en bodylotion blev evalueret og sammenlignet under procesrelevante forhold.
- Der blev foretaget rotationsreometermålinger ved hjælp af et Kinexus rotationsreometer med en Peltier-pladepatron og et målesystem med ru parallelle plader1 og ved hjælp af forudkonfigurerede standardsekvenser i rSpace-softwaren.
- Der blev brugt en standardbelastningssekvens for at sikre, at prøven blev udsat for en ensartet og kontrollerbar belastningsprotokol.
- Alle reologimålinger blev udført ved 25 °C.
- De relevante ekstruderingsforskydningshastigheder blev automatisk beregnet som en del af testsekvensen ved hjælp af indtastede værdier for ekstruderet volumen, ekstruderingstid og åbningsradius. Testen blev programmeret til at bruge denne beregnede værdi som den maksimale forskydningshastighed i en "op og ned" forskydningshastighedsrampe.
- Den målte spænding ved den beregnede forskydningshastighed og området mellem 'op og ned'-kurverne blev begge rapporteret. Førstnævnte viser spændingskravet til ekstrudering, og sidstnævnte viser omfanget af viskositetsgenoprettelse (ThixotropiFor de fleste væsker er forskydningsfortynding reversibel, og væskerne vil på et tidspunkt genvinde deres oprindelige viskositet, når forskydningskraften fjernes.thixotropi) efter ekstrudering.
Resultater og diskussion
Den automatiske beregner bestemte forskydningshastigheden til at være ca. 2000 s-1 for bodylotionen og udførte derfor automatisk en forskydningshastighedsrampe mellem 0,1 s-1 og 2000 s-1 og tilbage igen. Resultaterne vist i figur 1 viser, at viskositeten ved den repræsentative forskydningshastighed er 0,143 Pas og ville kræve en påført forskydningsspænding (i forbindelse med presning) på 274 Pa for at ekstrudere produktet. Desuden giver arealanalysen en værdi på kun 18, hvilket tyder på, at produktet hurtigt vil genvinde sin viskositet efter ekstrudering og dermed ikke er tiksotropt.
For tandpastaen vist i figur 2 blev ekstruderingsforskydningshastigheden beregnet til at være ca. 33 s-1. Viskositeten ved den repræsentative forskydningshastighed er 19,73 Pas og ville kræve en påført forskydningsspænding på 643 Pa for at ekstrudere produktet. Dette materiale ser ud til at være thixotropisk, da området mellem den øverste og nederste kurve har en meget højere værdi på 775. Den lille top i viskositet, der blev observeret i starten af testen for begge prøver, er resultatet af elastisk deformation ved opstart og forventes at blive set for begge disse produkter, da de begge har flydespændinger [1].
Konklusioner
En værdi for forskydningshastigheden i forbindelse med ekstrudering af en hudcreme fra en flaske og tandpasta fra en tube blev beregnet og automatisk indtastet i en test med forskydningshastighedsrampe "op og ned". Resultaterne viste, at der skulle en forskydningsspænding på 274 Pa til for at dosere hudcremen med den ønskede hastighed og 643 Pa for tandpastaen. Bestemmelse af området mellem op- og nedkurverne viste, at bodylotionen var ikke-tixotropisk, mens tandpastaen viste tixotropisk adfærd.
Bemærk venligst...
at det anbefales at teste med kegle- og pladegeometri eller parallelpladegeometri - hvor sidstnævnte foretrækkes til dispersioner og emulsioner med large partikelstørrelser. Sådanne materialetyper kan også kræve brug af savtakkede eller ru geometrier for at undgå artefakter i forbindelse med glidning på geometriens overflade.